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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要 作 者: 趙彧 學(xué) 號(hào)： 05010150 系　部: 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: 連桿合件加工工藝 及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì) 1 緒論 本設(shè)計(jì)是連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上選擇關(guān)鍵工序之一進(jìn)行專(zhuān)用夾具及加工用組合機(jī)床設(shè)計(jì)。因此需要研究和解決以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)； （2）關(guān)鍵工序之一的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)； （3）關(guān)鍵工序之一的加工用組合機(jī)床設(shè)計(jì)。 2 連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì) 2.1 連桿合件加工工藝設(shè)計(jì) 2.1.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)，生產(chǎn)類(lèi)型 生產(chǎn)綱領(lǐng)為50000件/年，屬大批量生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)，零件具有廣泛的互換性，少數(shù)裝配精度較高處，采用分組裝配法和調(diào)整法；毛坯廣泛采用金屬模機(jī)器造型，精度高，加工余量?。粡V泛采用專(zhuān)用機(jī)床及自動(dòng)機(jī)床；廣泛采用專(zhuān)用夾具，專(zhuān)用組合機(jī)床，專(zhuān)用刀具，專(zhuān)用量具或自動(dòng)檢驗(yàn)裝置，靠調(diào)整法達(dá)到精度要求；生產(chǎn)率高。 2.1.2 工藝分析 （1）零件材料：QT450—10。球墨鑄鐵切削性能較差，宜采用高速鋼（較低切削參數(shù)下）、硬質(zhì)合金鋼刀具（較高切削參數(shù)下）以降低成本。刀具幾何參數(shù)可根據(jù)不同刀具類(lèi)型依據(jù)相關(guān)手冊(cè)查?。? （2）零件的表面組成：兩端面，大小兩個(gè)通孔，螺紋、螺栓孔，鍵槽，倒角，連桿體、連桿蓋結(jié)合面； （3）主要表面分析：Φ20mm的小頭孔表面、Φ81mm的大頭孔表面為零件最重要的工作面； （4）主要技術(shù)要求：小頭孔精度要求為IT7、粗糙度要求Ra1.6μm，大頭孔精度要求為IT6、粗糙度要求Ra1.6μm，大小頭孔中心距為mm。大小頭孔之一為零件上的重要基準(zhǔn)，兩側(cè)端面也為重要基準(zhǔn)； （5）零件總體特點(diǎn)：連桿合件由連桿體和連桿蓋兩部分組成。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 在連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程中，加工小頭孔時(shí)，工序選用連桿的一側(cè)端面作為主要基準(zhǔn)。加工連桿蓋時(shí)，選用連桿蓋的一個(gè)指定的端面、連桿蓋上的大頭孔及連桿蓋側(cè)面作為基準(zhǔn)。加工連桿體時(shí)，選用連桿體的一個(gè)指定端面、連桿體小頭孔及連桿體側(cè)面作為基準(zhǔn)。加工大頭孔時(shí)，選用連桿體的一個(gè)指定端面、連桿體小頭孔及連桿側(cè)面作為基準(zhǔn)。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定；用連桿蓋上的孔定位可直接控制大小孔的中心距；連桿側(cè)面限制轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就使各工序的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)，減少定位誤差。 2.1.4 工藝路線方案的確定 制定工藝路線主要是確定加工方法和劃分加工階段。選擇加工方法應(yīng)以零件加工表面的技術(shù)條件（主要是加工面的尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度）為依據(jù)，并綜合考慮各個(gè)方面工藝因素的影響，一般是根據(jù)主要表面的技術(shù)條件先確定終加工方法，接著再確定一系列準(zhǔn)備工序的加工方法，然后再確定其他次要表面的加工方法；在各表面加工方法選定以后，就需進(jìn)一步考慮這些加工方法在工藝路線中的大致順序，以定位基準(zhǔn)面的加工為主線，妥善安排熱處理工序及其他輔助工序。 本零件加工工藝路線如下： 工序I：制備毛坯 工序II：同時(shí)銑連桿大小頭孔兩側(cè)端面 工序III：鉆、擴(kuò)、鉸連桿小頭孔 工序IV：分離連桿體和連桿蓋 工序V：銑連桿體結(jié)合面 工序VI：銑連桿蓋結(jié)合面 工序VII：加工連桿體的螺紋 工序VIII：加工連桿蓋的螺栓孔 工序IX：人工裝配連桿體和連桿蓋 工序X：粗鏜、半精鏜大頭孔 工序XI：精鏜大頭孔及大頭孔內(nèi)鍵槽 工序XII：鏜削小頭孔內(nèi)槽 工序XIII：銑小頭孔R(shí)67mm的槽 工序XIV：倒角，檢驗(yàn) 2.1.5 工藝裝備的確定 工藝裝備如表1工藝裝備表 表1工藝裝備表 工序號(hào) 工序內(nèi)容 機(jī)床 夾具 刀具 量具 I 制備毛坯 II 同時(shí)銑連桿大小頭孔 兩側(cè)端面 專(zhuān)用組合銑床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金端銑刀 專(zhuān)用量具 III 鉆連桿小頭孔 專(zhuān)用組合鉆床 專(zhuān)用夾具 高速鋼直柄麻花鉆 擴(kuò)連桿小頭孔 高速鋼直柄擴(kuò)孔鉆 鉸連桿小頭孔 硬質(zhì)合金直柄機(jī)用鉸刀 塞規(guī) IV 分離連桿體和連桿蓋 專(zhuān)用組合銑床 專(zhuān)用夾具 高速鋼鋸片銑刀 V 銑連桿體結(jié)合面 專(zhuān)用組合銑床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金端銑刀 專(zhuān)用量具 VI 銑連桿蓋結(jié)合面 專(zhuān)用組合銑床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金端銑刀 專(zhuān)用量具 VII 加工連桿體的螺紋 專(zhuān)用組合鉆床 專(zhuān)用夾具 高速鋼直柄階梯麻花鉆 高速鋼細(xì)長(zhǎng)柄機(jī)用絲錐 專(zhuān)用量具 VIII 加工連桿蓋的螺栓孔 專(zhuān)用組合鉆床 專(zhuān)用夾具 高速鋼直柄階梯麻花鉆高速鋼帶整體柱直柄平底锪鉆 專(zhuān)用量具 IX 人工裝配連桿體和連桿 X 粗鏜大頭孔 專(zhuān)用組合鏜床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金鏜刀 專(zhuān)用量具 半精鏜大頭孔 專(zhuān)用量具 XI 精鏜大頭孔 專(zhuān)用組合鏜床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金鏜刀 專(zhuān)用量具 鏜大頭孔內(nèi)鍵槽 專(zhuān)用量具 XII 鏜削小頭孔內(nèi)槽 專(zhuān)用組合鏜床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金鏜刀 專(zhuān)用量具 XIII 銑小頭孔R(shí)67mm的槽 專(zhuān)用組合銑床 專(zhuān)用夾具 硬質(zhì)合金錯(cuò)齒 三面刃銑刀 專(zhuān)用量具 XIV 倒角，檢驗(yàn) 2.2 連桿合件關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì) 本夾具主要用來(lái)鏜Φ81的大頭孔，大頭孔軸線相對(duì)于小頭孔軸線有一定的尺寸精度要求。由于本工序是粗鏜、辦精鏜，本夾具可用于本工序內(nèi)的所有工步。設(shè)計(jì)夾具主要考慮在滿(mǎn)足合理性的條件下，如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 2.2.1 工藝裝備 本工序的工藝裝備含專(zhuān)用夾具、硬質(zhì)合金鏜刀及專(zhuān)用量具。此處主要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。 2.2.2 夾具設(shè)計(jì) （1）定位基準(zhǔn)的確定 加工的大頭孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實(shí)際上以工件的端面定位時(shí)，必須限制該方向上的自由度，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具。為了降低定位誤差，按基準(zhǔn)重合原則選小頭孔軸線、基面（連桿一側(cè)端面）為基準(zhǔn)。連桿以小頭孔表面、基面（連桿一側(cè)端面）及連桿側(cè)面定位，屬完全定位。 （2）夾具的設(shè)計(jì) 小頭孔、連桿端面加工完畢可以使用，因此選小頭孔軸線、基面（連桿端面）為定位基準(zhǔn)，因此連桿可以使用圓柱銷(xiāo)、夾具體表面及一側(cè)面定位塊來(lái)定位，同時(shí)為了裝卸方便及提高效率，采用液壓夾具帶動(dòng)推動(dòng)塊提供夾緊力，夾緊力施加于連桿另一側(cè)面，以定位塊來(lái)平衡夾緊力。 （a）定位元件小頭孔圓柱銷(xiāo) 小頭孔尺寸為mm（即mm），采用基孔制。由于本工序之前小頭孔已經(jīng)加工完畢，達(dá)到了尺寸要求。小頭孔圓柱銷(xiāo)應(yīng)該能和小頭孔相配合，根據(jù)基孔制常用、優(yōu)先配合可得尺寸mm (mm)。連桿體大、小孔中心距為mm，以小頭孔的軸線為定位基準(zhǔn)，雖屬“基準(zhǔn)重合”，無(wú)基準(zhǔn)不重合誤差，但由于定位元件與定位面間存在間隙，造成的基準(zhǔn)位置誤差即定位誤差，其值為： （2-1） = 0.023+0.013+0 = 0.036 mm —— 定位誤差 —— 工件孔的直徑公差 —— 定位銷(xiāo)的直徑公差 —— 孔和銷(xiāo)的最小保證間隙 此項(xiàng)中心距加工允許誤差為0.1mm，因此工件在加工過(guò)程中能夠保證加工精度要求。 （b）夾具體 夾具體的作用是將定位、夾緊裝置連成一體，為工件提供一個(gè)加工平臺(tái)，并能正確安裝在機(jī)床上，加工時(shí)，能承受部分切削力。夾具體的尺寸依據(jù)工件、定位元件等相關(guān)零件的尺寸來(lái)確定。 （c）夾緊元件及夾緊裝置 通過(guò)查手冊(cè)及查閱《金屬切削原理》，計(jì)算得鏜削加工的切削力為1260N。夾具夾緊力至少為1260N。由于連桿零件屬大批量生產(chǎn)類(lèi)型，為了提高加工效率，縮短輔助時(shí)間，采用液壓缸提供夾緊力，通過(guò)動(dòng)V型塊施加夾緊力，裝卸工件方便、迅速。綜上，通過(guò)查閱相關(guān)資料選擇YG系列液壓缸。 3 組合機(jī)床設(shè)計(jì) 3.1 組合機(jī)床設(shè)計(jì)的要求 本組合機(jī)床主要用來(lái)鏜Φ81的大頭孔，本工序由粗鏜、辦精鏜大頭孔，本組合機(jī)床用于本工序內(nèi)的所有工步。設(shè)計(jì)組合機(jī)床主要考慮如何布局。本設(shè)計(jì)采用具有移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床。 并繪制組合機(jī)床“三圖一卡”（就是針對(duì)具體，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行組合機(jī)床總體方案圖樣文件設(shè)計(jì)）。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。 （1）被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床（或自動(dòng)線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。 （2）加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的，是表達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖；是設(shè)計(jì)刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動(dòng)力件，繪制機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對(duì)機(jī)床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。 （a）刀具的選擇 選用硬質(zhì)合金鏜刀配合通用鏜刀桿。鏜刀刀桿直徑至少為65mm，鏜刀刀桿伸出長(zhǎng)度至少為53mm，鏜刀刀桿伸出長(zhǎng)度取163mm。 （b）確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率 確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率是為了分別確定主軸及其他傳動(dòng)件尺寸、選擇滑臺(tái)、主電動(dòng)機(jī)提供依據(jù)。 （c）確定相關(guān)部件 鏜削頭選用1TA20型頂置式齒輪傳動(dòng)鏜削頭，選用1HY25MⅠ型液壓滑臺(tái)，以及相配套的1CL25M型立柱、1CD251M型立座側(cè)底座1AYU63型多工位移動(dòng)工作臺(tái)。 （3）機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專(zhuān)用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的，是用來(lái)表示機(jī)床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總體布局圖，用以檢驗(yàn)各部件相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系能否滿(mǎn)足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專(zhuān)用部件設(shè)計(jì)提供主要依據(jù)；它可以看成是機(jī)床總體外觀簡(jiǎn)圖，由其輪廓尺寸，占地面積、操作方式等可以檢驗(yàn)是否適應(yīng)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境。 （4）生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率的技術(shù)文件。通過(guò)其可以分析所擬定的方案是否滿(mǎn)足要求。實(shí)際生產(chǎn)率小于理想生產(chǎn)率，因此本設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。 4 總結(jié) 連桿件外形較復(fù)雜，且剛性較差。且其加工技術(shù)要求很高，所以適當(dāng)定位基準(zhǔn),是保證連桿能否正確加工的重要問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我充分體會(huì)到了“先基準(zhǔn)后一般”“先面后孔”“先主要表面后次要表面”的加工原則。專(zhuān)用組合機(jī)床，突出“專(zhuān)用”二字，是針對(duì)具體工序而特制的。切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率是專(zhuān)用組合鏜床設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，求出以上幾個(gè)量鏜床最核心部位——鏜削頭就可以確定了，之后的設(shè)計(jì)圍繞鏜削頭和工件的相對(duì)位置及其一些關(guān)鍵件尺寸來(lái)選擇其它部件并確定它們的相對(duì)位置。通過(guò)對(duì)汽車(chē)連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝的設(shè)計(jì)，使我擴(kuò)充了知識(shí)庫(kù)和經(jīng)驗(yàn),同時(shí)增加了完成具體工程的信心。